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Diese
Erfindung betrifft Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtungen und
insbesondere Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtungen,
die einen wählbaren
Mechanismus aufweisen, um festzustellen, in welcher Drehrichtung
die Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung
oder Freilaufkupplung wirkt.
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Viele
moderne Lastschaltgetriebe, insbesondere automatisch schaltende
Mehrgang-Lastschaltgetriebe oder Kraftübertragungen, weisen ein oder mehrere
Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtungen
auf, die üblicherweise
Freilaufkupplungen genannt werden. Auf dem technischen Gebiet wird
die Nomenklatur Freilaufkupplung verwendet, ob die Freilaufkupplung
nun eine haltende oder retardierende Einrichtung oder eine Drehmomentübertragungseinrichtung
ist. Beide Begriffe Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung und
Freilaufkupplung werden in dieser Beschreibung verwendet.
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Die
Freilaufkupplung weist als allgemeine Regel eine Betriebsrichtung
zum Durchführen
der Drehmomentübertragungsfunktion
auf, und erlaubt in der anderen Betriebsrichtung eine freie Drehung
zwischen den beiden Elementen, die mit der Freilaufeinrichtung verbunden
sind. Wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung
entweder als Bremse oder retardierende Einrichtung angewandt wird,
wird einer der Ringe, allgemein der äußere Ring der Freilaufkupplung,
durch einen Teil des Getriebegehäuses feststehend
gehalten. Der andere Ring, oder allgemein der innere Ring, der drehmomentübertragenden
Freilaufkupplung ist mit einem Zahnradelement in dem Getriebe verbunden.
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Wenn
das Zahnradelement versucht, in eine Richtung zu rotieren, wird
die Freilaufkupplung zwischen dem Zahnradelement und dem Getriebegehäuse blockieren,
wodurch das Zahnradelement feststehend gehalten wird, so dass ein Übersetzungsverhältnis in
dem Getriebe hergestellt wird. Wenn das Zahnradelement in der entgegengesetzten
Richtung angetrieben oder rotiert wird, erlaubt die Freilaufkupplung
eine freie Drehung zwischen den inneren und äußeren Ringen, so dass das damit
verbundene Zahnrad frei ist, relativ zu den kämmenden Elementen zu rotieren.
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Es
hat eine Anzahl von Vorschlägen
für Freilaufkupplungen
gegeben, wobei ein Stellgliedmechanismus vorgesehen ist, um zu bewirken,
dass die Freilaufkupplung in einer Betriebsrichtung während eines
Teils der Drehmomentübertragungsfunktion
mit Energie beaufschlagt ist, und dass nach einer Betätigung des
Steuermechanismus oder Stellgliedes die Freilaufeinrichtung derart
betreibbar ist, dass sie in der Lage ist, Drehmoment in der entgegengesetzten Drehrichtung
zu übertragen.
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Im
Allgemeinen ist bei diesen Einrichtungen der Betätigungsmechanismus entweder
ein elektrischer Mechanismus oder ein Reibungsmechanismus, der in
Reihe mit der Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet
ist. Der Reibungsmechanismus ist im Allgemeinen zwischen dem äußeren Ring
der Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtung
und dem Getriebeelement, mit dem sie verbunden werden soll, im Allgemeinen
das Getriebegehäuse,
angeordnet. Jedoch ist in den meisten Anwendungen von Freilauf-Drehmomentübertragungseinrichtungen
oder Freilaufkupplungen die Freilaufeinrichtung in dem System derart
fixiert, dass sie nur in einer Drehrichtung arbeitet.
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Die
Konstruktion der Freilaufkupplung kann viele Formen annehmen. Die
Freilaufkupplung kann ein Walzentyp, ein Hemmschuh-Typ oder ein
allgemein als Dioden-Typ bezeichneter Mechanismus sein. Jedes dieser
verschiedenen mechanischen Elemente innerhalb einer Freilaufkupplung
bietet identische Funktionen und kann ohne wesentliche Konstruktionsprobleme
ausgetauscht werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
selektiv betreibbaren Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus bereitzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein Reibungsstellglied und
eine Freilaufkupplung in einer parallelen Kraftschlussbeziehung zwischen
einem rotierenden Getriebeelement und einem feststehenden Getriebeelement
angeordnet.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Reibungsstellglied
einen sich axial bewegenden Mechanismus auf, in dem ein Teil des
Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
in Eingriff steht, um den Drehbetrieb des Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
umzukehren.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Reibungsstellglied
ein Reibungsscheiben-Kupplungsmechanismus.
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Gemäß nochmals
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
einen inneren Ring, einen äußeren Ring
und mehrere Drehmomentübertragungsmittel,
die zwischen dem inneren und äußeren Ring
angeordnet sind.
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Gemäß einem
nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
derart konstruiert, dass er Drehmoment in einer Betriebsrichtung
hält oder transportiert,
wenn der Reibungskupplungsmechanismus nicht betätigt ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet eine Betätigung des
Reibungsstellgliedes eine Verstellung der Drehmomentübertragungselemente
des Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus,
um Drehmomentübertragungseigenschaften
in der entgegengesetzten Drehrichtung bereitzustellen.
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Gemäß einem
nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Drehmomentübertragungselemente
des Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
in einem Käfig
untergebracht, der relativ zu dem äußeren Ring des Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
im Wesentlichen feststehend ist, wobei der Käfig während der Betätigung des
Reibungsstellgliedes rotatorisch verschoben wird, um die Drehmomentübertragungselemente
des Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
zwischen dem inneren und dem äußeren Ring
zu verstellen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist:
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1 ein
Aufriss im Schnitt eines Teils eines Lastschaltgetriebes, das die
vorliegende Erfindung enthält;
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2 ein
Aufriss eines Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus, der
in 1 angewandt wird;
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3 eine
Ansicht, genommen entlang der Linie 3-3 von 2.
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In
den Zeichnungen, in denen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den
verschiedenen Ansichten die gleichen oder entsprechenden Teile darstellen,
ist in 1 ein Teil 10 eines Lastschaltgetriebes
oder einer Kraftübertragung
zu sehen. Der Teil 10 umfasst ein Getriebegehäuse 12,
das relativ zu dem Fahrzeug, in dem das Getriebe eingebaut ist, feststehend
ist. Der Teil 10 umfasst auch mehrere Wellenelemente 14, 16 und 18.
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Auf
dem Wellenelement 18 ist ein Gehäuse 20 drehbar gelagert.
Das Gehäuse 20 weist
eine Nabenverlängerung 22 auf,
mit der ein Planetenrad 24 in Antriebsverbindung steht.
Das Gehäuse 20 weist einen
Nabenabschnitt 26 auf, der einen kerbverzahnten Außendurchmesser 28 umfasst.
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Das
Gehäuse 12 weist
eine Verlängerung 30 auf,
die sich von einer äußeren Schale 32 des
Gehäuses 12 radial
nach innen erstreckt. Die Verlängerung 30 weist
eine Einrückkammer 34 auf,
in der ein fluidbetätigter
Einrückkolben 36 verschiebbar
angeordnet ist. Der Einrückkolben 36 wird
durch eine Feder 38 vom Belleville-Typ nach rechts in die
Kammer 34 gedrängt.
Fluid wird in die Kammer 34 durch einen Durchgang, der
nicht gezeigt ist, eingelassen. Derartige Fluiddurchgänge sind
allgemein bekannte Elemente von Lastschaltgetrieben. Die Belleville-Feder 38 weist
einen äußeren Abschnitt 40 auf,
der in dem Gehäuse 12 durch
einen Sperr- oder Sprengring 42 angeordnet ist.
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Der
Kolben 36 ist ein Element einer Reibungskupplung 44,
die auch eine Einrückplatte 36, eine
Reibungsplatte 48 und eine Verstärkungsplatte 50 umfasst.
Die Einrückplatte 46 und
die Verstärkungsplatte 50 sind
beide mit der Verlängerung 30 jeweils über Kerbzähne 52 bzw. 54 verbunden.
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Die
Reibungsplatte 48 steht mit dem Kerbzahn 28 der
Nabe 26 über
eine Kerbzahnverbindung 56 in Antriebsverbindung.
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Ein
Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
oder eine Freilaufkupplung 58 ist ebenfalls zwischen der
Nabe 26 und der Verlängerung 30 angeordnet.
Die Freilaufkupplung 58 weist einen inneren Ring 60 auf,
der mit der Kerbverzahnung 28 verbunden ist, einen äußeren Ring 62,
der mit der Verlängerung 30 kerbverzahnt
ist, und mehrere Freilauf-Drehmomentübertragungselemente 64,
die zwischen dem inneren Ring 60 und dem äußeren Ring 62 angeordnet
sind.
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In
der gezeigten beispielhaften Ausführungsform liegen die Drehmomentübertragungselemente 64 in
der Form von Walzen vor, wie es am besten in 2 zu sehen
ist. Die Drehmomentübertragungselemente 64 sind
in einem Käfig 66 untergebracht,
der ihren Umfangsabstand zwischen dem inneren Ring 60 und
dem äußeren Ring 62 aufrechterhält.
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Wie
es in 2 zu sehen ist, weist der innere Ring 60 einen
konstanten Umfang oder Durchmesser 68 auf, und der äußere Ring
weist mehrere Nockenflächen 70 auf.
Die Nockenflächen 70 weisen
jeweils einen hohen Abschnitt 72 auf, der, wenn er zwischen den
Drehmomentübertragungselementen 64 und den
Ringen 62 und 60 angeordnet ist, eine freie Drehung
des inneren Rings 60 zu lassen wird. Wenn jedoch, wie es
in 2 zu sehen ist, der innere Ring im Uhrzeigersinn
in Richtung des Pfeils A bewegt wird, werden die Walzen der Drehmomentübertragungselemente 64 mit
den Nockenflächen 70 in
Eingriff gelangen und eine Relativdrehung zwischen dem inneren Ring 60 und
dem äußeren Ring 62 verhindern. Ebenso
werden beim Umkehren der Drehrichtung des inneren Rings 60 die
Drehmomentübertragungselemente 64 innerhalb
des hohen Ab schnitts 72 der Nockenflächen 70 angeordnet
sein, um eine Relativdrehung in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn zuzulassen.
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Ein
Betätigungsmechanismus 74 ist
zwischen der Verstärkungsplatte 50 und
der Freilaufkupplung 58 angeordnet. Der Betätigungsmechanismus 74 weist
eine Einrückplatte 76 auf,
die mit dem Käfig 66 über eine
Kerbzahnverbindung 78 verbunden ist. Die Einrückplatte 76 wird
von dem Kä66 der Freilaufkupplung 58 durch
mehrere Federn 80 weg gedrängt. Der Käfig 66 weist mehrere
sich nach außen
erstreckende Arme 82 auf, die in jeweiligen Schlitzen 84,
die in dem äußeren Ring 62 ausgebildet sind,
in Eingriff stehen.
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Wie
es in 3 zu sehen ist, weisen die Schlitze 84 einen
im Wesentlichen axialen Abschnitt 86 und einen schrägen Rampen-
oder Schlitzabschnitt 88 auf. Der schräge Abschnitt 88 wird,
wenn die Arme 82 mit ihm in Eingriff steht, bewirken, dass sich
der Käfig 66 im
Gegenuhrzeigersinn zwischen dem inneren Ring 60 und dem äußeren Ring 62 dreht.
Diese Drehung im Gegenuhrzeigersinn wird die Drehmomentübertragungselemente 64 aus
der in 2 gezeigten Position zu der entgegengesetzten Seite
des hohen Abschnitts 72 der Nockenflächen 70 bewegen. Wenn
die Drehmomentübertragungselemente 64 auf
der entgegengesetzten Seite des hohen Abschnitts 72 angeordnet
sind, wird die Freilaufkupplung 58 derart wirksam sein,
dass sie eine Drehung des inneren Rings 60 relativ zu dem äußeren Ring 62 in
der Richtung im Gegenuhrzeigersinn, d.h. der Richtung entgegengesetzt
zu dem Pfeil A, verhindern wird.
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Die
Betätigung
des Kolbens 36 bewirkt eine Reibungsverbindung zwischen
der Einrückplatte 46, der
Reibungsplatte 48 und der Verstärkungsplatte 50. Diese
Reibungsverbindung tritt auf, wenn sich die Elemente nach links
bewegen, wie in 1 betrachtet, um die Bewegung
der Arme 82 in nerhalb der Schlitze 84 zu erzwingen.
Wenn die Arme 82 das Ende der schrägen Rampe oder des schrägen Schlitzes 88 erreicht
haben, wird eine Reibungseinrichtung vollständig in Eingriff stehen, um
eine Drehung des äußeren Rings 62 relativ
zu dem inneren Ring 60 zu verhindern, welche zulassen würde, dass
die Arme 82 aus dem schrägen Abschnitt 88 bewegt
werden.
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Das
Reibungsbetätigungselement
oder die Reibungsbetätigungsanordnung,
die aus dem fluidbetätigten
Kolben 36, der Einrückplatte 46,
der Verstärkungsplatte 50 und
der Reibungsplatte 48 besteht, weist keine ausreichende
Drehmomentkapazität
auf, um eine Relativdrehung zwischen dem inneren und äußeren Ring
ohne die Unterstützung
der Drehmomentübertragungselemente 64 zu
verhindern. Wenn das Reibungsstellglied angewandt wird, um eine
Bewegung des Käfigs 66 zu
bewirken, wird somit ein rückwärts gerichtetes
Drehmoment, das auf den inneren Ring 60 aufgebracht wird,
durch das Reibungsstellglied nicht wesentlich verzögert.
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Wenn
der Kolben 36 nicht unter Druck gesetzt ist, wird die Feder 38 den
Kolben nach rechts in die gezeigte Position drücken, wodurch die Reibungsverbindung
gelöst
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Feder 80 den Käfig 66 in
die in 2 gezeigte Position zurückführen, was eine Freilauf-Drehmomentübertragung
zulassen wird, wie es zuvor beschrieben wurde.
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Die
Drehmomentübertragungselemente 64 sind
als Walzen gezeigt, jedoch ist es in der Technik allgemein bekannt,
dass diese Elemente Hemmschuheinrichtungen oder mechanische Diodeneinrichtungen
sein könnten,
die axial zwischen Elementen anstelle von radial mit Energie beaufschlagt
werden.
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Zusammengefasst
weist ein selektiv betreibbarer Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
ein Reibungsstellglied auf, das betreibbar ist, um die Position
von Drehmomentübertragungselementen
zwischen dem inneren und äußeren Ring
des wählbaren
Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus
einzustellen. In einer nicht betätigten
Position des Reibungsstellgliedes werden die Drehmomentübertragungselemente
eine Drehung in einer Richtung zulassen und eine Drehung in der
entgegengesetzten Richtung verhindern. In der betätigten Stellung
sind die Funktionen der Drehmomentübertragungsrichtung umgekehrt.